重力式碼頭拋石基床掏空的診斷、處理和預(yù)警

萬濤　邵成

摘 要：結(jié)合工程實際，論述了重力式碼頭拋石基床在現(xiàn)階段大馬力拖輪螺旋槳高速水流作用下破損掏空后的檢測方法和加固治理方法。通過水下潛水檢查能得到基礎(chǔ)破損空洞的部位和大小，并通過測量水底標(biāo)高分析碼頭前沿基礎(chǔ)存在的沖刷趨勢，結(jié)合工程特點，提出澆筑水下不離析混凝土填充沉箱前趾下空洞，前沿3m范圍內(nèi)整體澆筑水下混凝土的加固方案。

關(guān)鍵詞：拖輪；拋石基床；沖刷；水下地形測量

Abstract： Based on the actual example in the project， we discuss the diagnosis methods and reinforcement measures when rubble bed of gravity is damaged by water flow from tugboat's starting。The position and extent of damage of rubble bed can be diagnosed through diving inspection and underwater topograghic survey and analysis the socuring trend of the wharf foundation。Combined with the engineering characteristics，wo putforward the scheme of building underwater unscattered concrete to fill cavity of caisson toe and integral pouring underwater concrete in the range of 3M。

Key words： tugbot； rubble bed；erosion； underwater topographic survey

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，港口運輸所用船舶日趨大型化、高速化，引擎功率大幅提升，尤其是一些大馬力拖輪，其尾流射流已大大超過拋石基床塊石原設(shè)計的起動流速，會對塊石產(chǎn)生沖刷、淘蝕，導(dǎo)致基床破壞，影響碼頭使用安全。這也是近年來對碼頭進(jìn)行檢測評發(fā)現(xiàn)的一種破壞形式，文章結(jié)合具體的檢測案例提出一種一勞永逸的基床加固方法，供類似工程實踐參考。

1 工程概況

該問題碼頭位于營口市，總長度253m，是建設(shè)在拋石基礎(chǔ)上的沉箱重力式結(jié)構(gòu)，專供?？客陷喌墓ぷ鞔a頭。2014年8月經(jīng)潛水探摸發(fā)現(xiàn)該碼頭沉箱前趾底腳下存在大面積掏空現(xiàn)象，最大洞高1.7m，最大縱向深度1.3m?；彩侵亓κ酱a頭的承載部分，其損壞后將危及碼頭的安全使用。

2 檢測

2.1 檢測方法

拋石基床屬于隱蔽工程，損壞后不易被發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)階段針對基礎(chǔ)的檢測方法有潛水探摸錄像和多波束水下測量兩種。潛水檢查能夠準(zhǔn)確的確定空洞的尺寸和位置，并且能夠為加固設(shè)計單位提供必須的影響資料作為加固依據(jù)。檢查內(nèi)容包括：（1）沉箱側(cè)壁有無破損；（2）沉箱側(cè)壁是否有明顯傾斜；（3）底部基床有無空洞。多波束水下地形測量可以反應(yīng)出基床剖面和水深，顯示效果形象逼真，但多波束無法檢測出空洞的具體尺寸，存在一定的缺陷。潛水探摸不僅可以較為準(zhǔn)確的測量出空洞的具體尺寸，還可以測量出碼頭前沿水深值，以此與原設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行比較，可以直觀的得到基床被沖刷的程度。

2.2 診斷分析

該碼頭建造于內(nèi)灣，自然水流和波浪的影響均可忽略不計，對拋石基床不構(gòu)成沖刷威脅。排除施工問題等人為因素后，初步判斷與拖輪啟動產(chǎn)生的大流速有關(guān)。下面以大連港3600匹馬力的Z型全回轉(zhuǎn)拖輪工作時的尾流流速實測值為例。拖輪啟動時，主機轉(zhuǎn)速控制在450r/min。測量時，拖輪順岸離港，流速測量儀距拖輪尾部3m，將流速測量儀沿岸壁放入海水中，距基床頂面高0.5m，底部墜重物以保持儀器豎直姿態(tài)。不同潮位時，測量基床頂面0.5m處的水流流速，結(jié)果見表1。

該問題泊位拋石基床設(shè)計為10～100kg塊石，用途為工作船碼頭，?？?000匹馬力的大型拖輪。按照上述實驗結(jié)果，3600匹馬力的拖輪順岸以450r/min（額定轉(zhuǎn)速為750r/min）的啟動時，低水位基床頂部最大流速高達(dá)2.4m/s，理論計算塊石穩(wěn)定重量為87.69kg，如此高速的啟動流速足以造成10～100kg塊石基床中的小塊石流動。若按照現(xiàn)階段停靠的5000匹馬力拖輪，加上各種人為操作誤差所帶來的拖輪啟動轉(zhuǎn)速的瞬時加大，低潮位啟動等多種客觀存在的不利因素都會加大水流對基床的沖刷危害。

根據(jù)試驗可知，在-0.12m低水位時，水深為4.38m，相對應(yīng)的流速為2.4m。而發(fā)現(xiàn)掏空的碼頭低水位為0.44m，碼頭底高程為-4.5m，在低水位啟動時，加上拖輪吃水深度大約為3.0m，可知拖輪產(chǎn)生的巨大射流將產(chǎn)生大于2.4m/s的水流，這必淘蝕?；苍馐軟_刷后，碼頭整體抗滑能力，抗傾能力均有所減弱，基床承載能力降低，最終危害碼頭整體穩(wěn)定安全。

3 加固治理方案

重力式碼頭拋石基床遭受破壞，應(yīng)根據(jù)其破壞原因，施工難度，經(jīng)濟性等多方面因素制定一種一勞永逸的加固方法。針對該碼頭的具體情況，依據(jù)實際斷面水底標(biāo)高測量圖，-6.5m以下碼頭部分基本不損壞，-5.5m水深部分損壞嚴(yán)重，而-5.5m碼頭處基床在1.0～2.0m范圍內(nèi)就到巖石面。因此，可以考慮將此部分碼頭基床由暗基床改為明基床?？紤]到碼頭前沿水深的要求，基床部分采用水下不離散混凝土澆筑，可以盡量做的小一些，強度高一些，可以考慮放一定的鋼筋，基床頂部肩寬取1.0～2.0m，-6.5m處寬度控制在3.0m以內(nèi)，-6.5m以下要清理到巖面?；餐鈧?cè)要清理到-6.5m以下。這樣的加固方法可以避免由于日后更大馬力拖輪的使用再次造成基床沖刷，采取的一種整體式的加固方法。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，全國各大港口碼頭均在增大船載噸位，多數(shù)船舶都需要借助大型拖輪牽引進(jìn)行調(diào)頭或靠泊碼頭。而且拖輪功率也越來越大，提高到現(xiàn)在的萬級馬力，此類型拖輪產(chǎn)生的尾流流速更大，這必然會出現(xiàn)超越10～100kg基床塊石起動流速的現(xiàn)象發(fā)生，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)受損，危害碼頭的安全。而現(xiàn)階段針對這種情況，水運工程設(shè)計規(guī)范中并未做出明確的規(guī)定，相關(guān)設(shè)計單位也沒有依據(jù)遵守，一定程度上造成了設(shè)計的缺陷。故針對工作船碼頭進(jìn)行初步設(shè)計階段，可以考慮改變以往設(shè)計思路，在拋石基床基礎(chǔ)上，沉箱前趾采用整體澆筑式明基床，雖前期施工費用有所增加，但可以有效的防止碼頭根部出現(xiàn)掏空現(xiàn)象的發(fā)生。若條件所限，只可進(jìn)行拋石基床時，可增加拋石塊石重量。另外在使用過程中，可在碼頭前沿安置位移監(jiān)測點，掌握碼頭整體變形情況，避免由于水下工程的隱蔽性造成碼頭結(jié)構(gòu)發(fā)生突發(fā)性破壞。

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